PRINSIP KERJA PENANGKAL PETIR
Disusun untuk memenuhi tugas mata
kuliah Fisika Dasar II
Dosen pengampu : Fatwa Aji Kurniawan
M.Pd
Oleh :
1.
Jazim Abdillah TI11505
2.
Muhammad Tenggar Zein Ali TI11509
PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA
UNIVERSITAS
MA’ARIF NAHDHATUL ULAMA
KEBUMEN
2016
PRINSIP KERJA PENANGKAL PETIR
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar
Belakang Masalah
Dalam perkembangan kemajuan pembangunan gedung yang mencapai pada
pembuatan gedung tinggi bertingkat, terdapat penggunaan teori fisika
elektrosatistik dalam penangkal petir yang terpasang pada gedung tersebut.
Penangkal petir memiliki prinsip teori keselamatan dari sambaran petir terhadap
bangunan atau suatu benda yang dapat menjadi penghantar listrik ke bumi. Hal
ini sangat penting untuk diperhatikan bukan hanya gedung tinggi saja, namun
juga dalam kehidupan di desa yang jarang pepohonan seperti di persawahan, di
pantai dan tempat yang sering terjadi petir.
B.
Rumusan
Masalah
Dari latar belakang masalah di atas, penulis dapat merumuskan
beberapa masalah berikut,
1.
Bagaimanakah
terjadinya petir?
2.
Apakah
yang dimaksud penangkal petir?
3.
Bagaimanakah
prinsip kerja penangkal petir?
C.
Tujuan
Penulisan Makalah
Dari rumusan masalah di atas, dalam penulisan makalah ini, penulis
bertujuan untuk mengetahui,
1.
Terjadinya
petir.
2.
Yang
dimaksud penangkal petir.
3.
Prinsip
kerja penangkal petir.
BAB II
PEMBAHASAN
1.
Terjadinya
Petir
Petir
adalah peristiwa alam yang sering terjadi di bumi, terjadinya seringkali
mengikuti peristiwa hujan baik air atau es, peristiwa ini dimulai dengan
munculnya lidah api listrik yang bercahaya terang yang terus memanjang kearah
bumi dan kemudian diikuti suara yang menggelegar dan efeknya akan fatal bila
mengenai mahluk hidup. Penjelasan tentang teori terjadinya petir sangat erat
dengan teori listrik, dimana terdapat muatan bernilai posistif yang dikenal
dengan proton dan muatan negatif yang dikenal dengan electron, serta
teori lompatan muatan negatif. Dalam hal ini terdapat 2 teori yang mendasari
proses terjadinya petir,
a. Proses
Ionisasi
Petir terjadi diakibatkan terkumpulnya ion bebas bermuatan
negatif dan positif di awan, ion listrik dapat dihasilkan oleh gesekan antar
awan atau kejadian Ionisasi. Proses
ionisasi ini disebabkan oleh perubahan bentuk air di awan, mulai dari cair
menjadi gas atau sebaliknya, bahkan perubahan bentuk padat (es) menjadi cair. Ion
yang dihasilkan akan bebas menempati permukaan awan dan bergerak mengikuti
angin yang berhembus. Apabila awan-awan terkumpul di suatu tempat maka kumpulan
awan yang bermuatan akan memiliki beda potensial yang sangat besar dan cukup
untuk menyambar permukaan bumi maka inilah yang disebut petir.
b.Gesekan
antar awan
Pada awalnya awan bergerak mengikuti arah angin. Selama proses
pergerakannya, awan ini akan saling bergesekan satu dengan yang lainnya. Dari
proses ini akan terlahir elektron-elektron bebas yang memenuhi permukaan awan.
proses ini bisa digambarkan secara sederhana pada sebuah praktikum penggaris
plastik yang digosokkan pada rambut, maka penggaris ini akan mampu menarik
potongan serpihan kertas di atas meja. Pada saat awan ini terkumpul di sebuah
kawasan, saat inilah petir dimungkinkan terjadi karena elektron-elektron bebas
ini saling menguatkan satu dengan lainnya. Sehingga memiliki cukup beda
potensial untuk menyambar permukaan bumi.
Dari 2 teori tersebut, dapat
disimpulkan bahwa awan akan menjadi kutub listrik yang bermuatan negatif ,
sementara bumi akan menjadi kutub positif. Untuk mendapatkan kesetimbangan,
electron yang bersifat ringan dan bebas bergerak akan berpindah ke kutub
positif. Perpindahan electron dalam jumlah besar ke kutub positif yang tidak
melalui penghantar akan menghasilkan kilat dan suara menggelegarsebagai reaksi
benturan muatan. Hal inilah yang kita sebut sebagai petir.
2.
Pengertian
Penangkal Petir
Penangkal petir adalah rangkaian jalur yang difungsikan sebagai jalan
bagi petir menuju permukaan bumi, tanpa merusak benda-benda yang dilewatinya.
Ada 3 bagian utama pada penangkal petir:
a. Batang Penangkal Petir
Batang penangkal petir berupa batang tembaga yang ujungnya
runcing. Dibuat runcing karena muatan listrik mempunyai sifat mudah berkumpul
dan lepas pada ujung logam yang runcing. Dengan demikian dapat memperlancar
proses tarik-menarik dengan muatan listrik yang ada di awan. Batang runcing ini
dipasang pada bagian puncak suatu bangunan.
b.
Kabel Konduktor
Kabel konduktor terbuat dari jalinan kawat tembaga. Diameter
jalinan kabel konduktor sekitar 1 cm hngga 2 cm. Kabel konduktor berfungsi
meneruskan aliran muatan listrik ke tanah. Kabel konduktor tersebut dipasang
pada dinding di bagian luar bangunan.
c.
Tempat Pembumian
Tempat pembumian (grounding) berfungsi mengalirkan muatan
listrik dari kabel konduktor ke batang pembumian (ground rod) yang tertanam di
tanah. Batang pembumian terbat dari bahan tembaga erlapis baja, dengan diameter
1,5 cm dan panjang sekitar 1,8 m – 3 m.
3.
Prinsip Kerja Penangkal Petir
Saat muatan listrik negatif di bagian bawah awan sudah
tercukupi, maka muatan listrik positif di tanah akan segera tertarik. Muatan
listrik kemudian segera merambat naik melaluikabel konduktor, menuju ke ujung
batang penangkal petir. Ketika muatan listrik negatif berada cukup dekat di
atas atap, daya tarik-menarik antara kedua muatan semakin kuat, muatan positif
di ujung-ujung penangkal petir tertarik ke arah muatan negatif. Pertemuan kedua
muatan menghasilkan aliran listrik. Aliran listrik itu akan mengalir ke dalam
tanah, melalui kabek konduktor, denagn demikian sambaran petir tidak mengenai
bangunan. Tetapi sambaran petir dapat merambat ke dalam bangunan melalui kawat
jaringan listrik dan bahayanya dapat
merusak alat-alat elektronik di bangunan yang terhubung ke ajringan listrik
itu, selain itu juga dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan. Untuk mencegah
kerusakan akibat jarinagn listrik tersambar petir, biasanya di dalm bangunan di
pasang alat yang disebut penstabil arus listrik (surge arrestor).
4.
Macam-macam
Penangkal Petir
a. Penangkal Petir Neoflash
Ketika
awan bermuatan listrik melintas diatas sebuah banguna yang terpasang penangkal
petir Neoflash, makan elektroda penerima pada bagian samping penangkal petir
neoflash ini mengumpulkan dan menyinpam energi listrik awan pada unit
kapasitornya. Setelah energi ini cukup besar maka dilepas dan diperbesar beda
potensialnya pada bagian ion generator. Pelepasan muatan listri pada unit ion
generator di picu oleh sambaran, yakni ketika lidah api menyambar permukaan
bumi maka semua muatan listrik di bagian ion genertor dilepaskan keudara
melalui Central Pick Up agar menimbulkan lidah api penuntun keatas (streamer
leader untuk menyambut sambaran petir yang terjadi kemuadian menuntunnya masuk
kedalam satu titik sambar yang terdapat unit neoflash ini.
Pada unit Penangkal Petir, Neoflash
secara simultan bekerja bergantian dari masing-masing unit penerima induksi ,
jumlahnya tergantung dari tipe dan modelnya. Bekerjanya secara bergantian
dimana bila salah satu bagiang unit melepaskan muatan ke udara / streamer maka
ada bagian yang dalam proses pengisian muatan awan.
Akurasi dan kemampuan Penangkal Petir NeoFlash masih
tergantung dari 2 hal pendukung instalasi, yaitu:
1)
Kabel
Penghantar harus minimal 50 mm
2)
Grounding
maksimal 5 Ohm
b. Penangkal
Petir Konvensional/ Faraday/ Frangklin
Kedua ilmuan diatas Faraday dan
Frangklin mengketengahkan system yang hampir sama, yakni: system penyalur arus
listrik yang menghubungkan antara bagian atas bangunan dan grounding .
Sedangkan system perlindunga yang dihasilkan ujung penerima / Splitzer adalah
sama pada rentang 30 ~ 45 . Perbedaannya adalah system yang dikembangkan oleh
Faraday bahwa kabel penghantar terletak pada sisi luar bangunan dengan
pertimbangan bahwa kabel penghantar juga berfungsi sebagai penerima sambaran,
Berupa sangkar elektris atau biasa disebut sangkar Faraday.
c.
Penangkal Petir Radioaktif
Penelitian terus berkembang akan
sebab terjadinya petir , dan dihasilkan kesimpulan bahwa petir terjadi karena
ada muatan listrik di awan yang dihasilkan oleh proses ionisasi, maka
penggagalan proses ionisasi di lakukan dengan cara memakai Zat berradiasi misl.
Radiun 226 dan Ameresium 241 , karena 2 bahan ini mampu menghamburkan ion
radiasinya yang bisa menetralkan muatan listrik awan.
Manfaat lainnya adalah hamburan ion radiasi akan
menambah muatan pada Ujung Finial / Splitzer dan bila mana awan yang bermuatan
besar yang tidak mampu di netralkan zat radiasi kemuadian menyambar maka akan
condong mengenai penangkal petir ini.
Keberadaan penangkal petir jenis ini
sudah dilarang pemakaiannya , berdasarkan kesepakatan internasional dengan
pertimbangan mengurangi pemakaian zat beradiasi dimasyarakat.
d.
Penangkal Petir Elektrostatic
Prinsip kerja penangkal petir
Elektrostatik mengadopsi sebagian system penangkal petir Radioaktif , yakni:
menambah muatan pada ujung finial / splitzer agar petir selalu memilih ujung
ini untuk disambar .
Perbedaan dari sisten Radioaktif dan
Elektrostatik ada pada energi yang dipakai. Untuk Penangkal Petir Radioaktif
muatan listrik dihasilkan dari proses hamburan zat berradiasi sedangkan pada
penangkal petir elektrostatik energi listrik dihasilkan dari Listrik Awan yang
menginduksi permukaan bumi.
e.
Penangkal Petir Flash Vectron
Penangkal petir Flash Vectron merupakan penangkal petir modern yang berbasis kerja E.S.E (Early
Streamer Emission) Sistem ESE bekerja secara aktif dengan cara mengumpulkan
ion dan melepaskan ion dalam jumlah besar ke lapisan udara sebelum terjadinya
sambaran petir. Pelepasan ion ke udara secara otomatis akan membuat jalur
untuk menuntun petir agar selalu memilih
ujung Terminal Petir Flash Vectron ini dari pada areal
sekitarnya. Dengan sistem ini akan meningkatkan areal perlindungan yang lebih
luas dari pada sistem penangkal petir konvensional
Di saat ada awan mendung melintas di atas bangunan yang dilindungi antipetir/penangkal petir Flash Vectron, elektroda yang terpasang
di dalam peralatan akan mengumpulkan dan menyimpan energi dari awan yang
bermuatan listrik di dalam kapasitor yang mampu diisi ulang, setelah cukup besar
kemudian dikirim ke unit ion generator. Ketika banyak energi petir di atmosfer maka awan
menginduksi unit ion generator. Informasi ini di olah dalam unit Ion
Generator untuk di manfaatkan sebagai memicu pelepasan energi. Akibat dari
pelepasan energi yang menghentak ini akan menghasilkan lidah api penuntun ke
udara (Streamer Leader) melalui Batang Utama penangkal petir Flash Vectron, lidah api penuntun ini yang kemudian di
sambut oleh petir
Proses terjadinya petir akibat perpindahan muatan
negatif (elektron) menuju ke muatan positif (proton). Para
ilmuwan menduga lompatan bunga api listriknya sendiri terjadi, ada beberapa
tahapan yang biasanya dilalui. Pertama adalah pemampatan muatan listrik pada
awan bersangkutan. Umumnya, akan menumpuk di bagian paling atas awan adalah
listrik muatan negatif, di bagian tengah adalah listrik bermuatan positif,
sementara di bagian dasar adalah muatan negatif yang berbaur dengan muatan
positif, pada bagian inilah petir biasa berlontaran. Petir dapat terjadi antara awan
dengan awan, dalam awan itu sendiri, antara awan dan udara, antara awan dengan
tanah (bumi).
Mekanisme terjadinya sambaran petir dibagi menjadi 2, yaitu :
a) Sambaran Perintis (Initial Leader)
Peralihan muatan ke tanah dimulai dengan sambaran yang
menjalar ke dekat dasar daerah bermuatan negatip dengan sambaran yang menjalar
kedekat dasar daerah bermuatan negatip dalam awan melalui beberapa tahapan.
Tiap tahapan akan terlihat sebagai kilatan petir yang bertambah. hal ini
disebabkan oleh udara yang terionisasi di ujung sambaran. sambaran perintis
menuju ke tanah dengan kecepatan rata-rata 10^8 cm/detik melalui zig-zag.
Sambaran ini membawa muatan negatip sepanjang lintasannya sehingga menciptakan
medan magnet listrik dalam ruang antara ujung sambaran perintis dengan tanah.
b) Sambaran Balik (Return Stroke)
Pada saat sambaran perintis mencapai ketinggian tertentu
dari permukaan bumi maka dimulailah sambaran bermuatan positip ke atas untuk
menemui ujung sambaran perintis yang bermuatan negatip. Kilasan cahaya dari
sambaran balik ini jauh lebih besar dari sambaran perintis. Sambaran balik
menjalar melalui lintasan sambaran perintis yang terionisasi dengan kecepatan
3.10^9 cm/detik. Arus dari sambaran balik inilah yang menjadi arus utama petir yang berkisar 5 kA sampai 200
kA dengan nilai rata-rata arus puncak 20 kA.
Jika kita memperhatikan bahaya yang di akibatkan sambaran
petir, maka sistem perlindungan petir harus mampu melindungi
struktur bangunan atau fisik maupun melindungi peralatan dari sambaran langsung
dengan di pasangnya penangkal petir eksternal (Eksternal Protection) dan sambaran tidak langsung dengan
di pasangnya penangkal petir internal (Internal Protection) atau yang sering di sebur surge arrester serta pembuatan grounding system yang memadai sesuai standart yang telah di tentukan.
sampai saat ini belum ada alat atau system proteksi petir yang dapat melindungi 100 %
dari bahaya sambaran petir, namun usaha perlindungan mutlak
dan wajib sangat di perlukan. Selama lebih dari 60 tahun pengembangan dan
penelitian di laboratorium dan lapangan terus dilakukan, berdasarkan usaha
tersebut suatu rancangan system proteksi petir secara terpadu telah di
kembangan oleh Flash Vectron Lightning Protection “seven point plan". Tujuan dari “seven point plan” adalah menyiapkan
sebuah perlindungan efektif dan dapat di andalkan terhadap serangan petir, “Seven Point Plan‘ tersebut meliputi :
i.
Menangkap petir
Hal ini dilakukan dengan cara menyediakan system penerimaan
(Air Terminal Unit) yang dapat dengan cepat menyambut sambaran arus petir, dalam hal ini mampu untuk lebih
cepat dari sekelilingnya dan memproteksi secara tepat dengan memperhitungkan
besaran petir. Terminal Petir Flash Vectron mampu memberikan solusi
sebagai alat penerima sambaran petir karena desainnya dirancang
untuk digunakan khusus di daerah tropis.
ii. Menyalurkan arus petir
Sambaran petir yang telah mengenai terminal penangkal petir sebagai alat penerima sambaran
akan membawa arus yang sangat tinggi, maka dari itu harus dengan cepat
disalurkan ke bumi (grounding) melalui kabel penyalursesuai standart sehingga tidak terjadi loncatan listrik yang
dapat membahayakan struktur bangunan atau membahayakan perangkat yang ada di
dalam sebuah bangunan.
iii.
Menampung petir
Dengan cara membuat grounding system dengan resistansi atau tahanan tanah kurang dari 5
Ohm. Hal ini agar arus petir dapat sepenuhnya diserap oleh tanah tanpa
terjadinya step potensial. Bahkan dilapangan saat ini umumnya resistansi atau
tahanan tanah untuk instalasi penangkal petir harus dibawah 3 Ohm.
iv.
Proteksi grounding system
Selain memperhatikan resistansi atau tahanan tanah, material
yang digunakan untuk pembuatan grounding juga harus diperhatikan, jangan sampai mudah korosi
atau karat, terlebih lagi jika didaerah dengan dengan laut. Untuk menghindari
terjadinya loncatan arus petir yang ditimbulakn adanya beda
potensial tegangan maka setiap titik grounding harus dilindungi dengan cara integrasi atau bonding
system.
v.
Proteksi petir jalur power listrik
Proteksi terhadap jalur dari power muntak diperlukan untuk
mencegah terjadinya induksi yang dapat merusah peralatan listrik dan
elektronik.
vi.
Proteksi petir jalur PABX
Melindungi seluruh jaringan telepon dan signal termasuk
pesawat faxsimile dan jaringan data.
vii.
Proteksi petir jalur elektronik
Melindungi seluruh perangkat elektronik seperti cctv, mesin
dll dengan memasang surge arrester elektronik
BAB III
PENUTUP
Petir adalah peristiwa alam yang
sering terjadi di bumi, terjadinya seringkali mengikuti peristiwa hujan baik
air atau es, peristiwa ini dimulai dengan munculnya lidah api listrik yang
bercahaya terang yang terus memanjang kearah bumi dan kemudian diikuti suara
yang menggelegar dan efeknya akan fatal bila mengenai mahluk hidup.
Demi menghindari atau meminimalisasi
dampak buruk adanya petir, digunakanlah penangkal petir yang berguna untuk
menyalurkan electron (muatan negative) yang terkumpul di awan supaya menuju ke
permukaan bumi dengan tidak menimbulkan lompatan listrik yang terlalu besar.
Penangkal petir sejak mulai digunakan mengalami perkembangan dengan mendasarkan
pada metode dan peralatan yang digunakan. Hal ini tidak berarti penangkal petir
akan mampu menolak, menangkal 100% bahaya petir, namun setidaknya dengan
penangkal petir, dampak buruk yang dihasilkan akan menurun.
DAFTAR PUSTAKA
Setiawan, Budi.. CARA KERJA PENANGKAL PETIR.http//:www.budisetiawanblogs. com/CARA KERJA PENANGKAL PETIR _
penangkalpetirflashvectron.html. Diakses 22 Mei 2016
PBT.2011.Penangkal Petir. http//:
www.lensafisika.com / Penangkal Petir ~ LENSA FISIKA.html. Diakses 22 MEI 2016
0 Komentar